Дано:
- масса твердого остатка после нагревания нитрата меди(II) 22,3 г
- объем смеси газов 4,9 л
- 8,5%-й раствор гидроксида калия (KOH)
- объем воды 85 мл
Найти:
- исходную массу нитрата меди(II)
- массовую долю нитрата калия в конечном растворе
Решение:
1. Определим состав твердого остатка.
Реакция разложения нитрата меди(II):
Cu(NO3)2 → CuO + 2NO2 + O2
Из уравнения видно, что из 1 моль Cu(NO3)2 образуется 1 моль CuO. Молекулярная масса Cu(NO3)2 = 63,5 + 2(14 + 3 * 16) = 187 г/моль. Масса твердого остатка CuO равна 22,3 г.
2. Определим количество вещества CuO.
Молекулярная масса CuO = 63,5 + 16 = 79,5 г/моль.
Количество вещества CuO = 22,3 г / 79,5 г/моль = 0,28 моль.
3. Определим количество вещества Cu(NO3)2, которое разложилось.
Так как на 1 моль Cu(NO3)2 образуется 1 моль CuO, то количество вещества Cu(NO3)2, которое разложилось, также равно 0,28 моль.
4. Определим массу Cu(NO3)2.
Масса Cu(NO3)2 = 0,28 моль * 187 г/моль = 52,36 г.
5. Определим массу выделившихся газов.
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль Cu(NO3)2 выделяется 3 моль газов (2 моль NO2 + 1 моль O2).
Количество вещества газов = 0,28 моль * 3 = 0,84 моль.
Объем газов при нормальных условиях (0°C, 1 атм) равен 22,4 л/моль.
Объем газов = 0,84 моль * 22,4 л/моль = 18,78 л.
Однако задан объем газов 4,9 л. Это значит, что данное количество газа образовалось из меньшего количества Cu(NO3)2.
Определим реальное количество вещества Cu(NO3)2, которое разложилось:
4,9 л / 22,4 л/моль = 0,218 моль газов.
Масса Cu(NO3)2 = 0,218 моль * 187 г/моль = 40,8 г.
6. Определим массовую долю нитрата калия в конечном растворе.
Реакция осаждения меди:
Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2 (осадок)
Для полного осаждения меди нужно добавить 2 моль KOH на 1 моль Cu(NO3)2. Из 40,8 г Cu(NO3)2 получим 0,218 моль Cu2+.
Количество вещества KOH = 0,218 моль * 2 = 0,436 моль.
Молекулярная масса KOH = 56,1 г/моль. Масса KOH = 0,436 моль * 56,1 г/моль = 24,5 г.
7. Определим массовую долю нитрата калия в конечном растворе.
Масса раствора KOH = 85 мл * 8,5% = 7,225 г.
Масса нитрата калия = 24,5 г - 7,225 г = 17,275 г.
Масса конечного раствора = 85 мл воды + 7,225 г KOH + 17,275 г нитрата калия = 85 г + 7,225 г + 17,275 г = 109,5 г.
Массовая доля нитрата калия в конечном растворе = 17,275 г / 109,5 г * 100% = 15,8%.
Ответ:
- Исходная масса нитрата меди (Cu(NO3)2) составила 40,8 г.
- Массовая доля нитрата калия в конечном растворе составила 15,8%.